ยกเว้นสัตว์โบราณบางชนิดเช่นทะเลเจลลี่และฟองน้ำสัตว์มีระบบประสาทส่วนกลางบางรูปแบบ กายวิภาคของระบบประสาทส่วนกลางแตกต่างกันไปตามสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน แต่มักจะมีสมองซึ่งประกอบด้วยเซลล์ประสาทหลายพันล้าน สัตว์ที่ก้าวหน้ากว่ารวมถึงมนุษย์ก็มีไขสันหลังที่ช่วยควบคุมการทำงานของร่างกาย
สมองเป็นอวัยวะที่สำคัญที่สุดในกายวิภาคของระบบประสาทส่วนกลาง ก้านสมองซึ่งประกอบไปด้วยสมองทั้งหมดในสัตว์หลาย ๆ ตัวควบคุมการทำงานที่จำเป็นเพื่อให้สิ่งมีชีวิตมีชีวิตเช่นเมตาบอลิซึมการหายใจและการเต้นของหัวใจ คุณสมบัติวิวัฒนาการขั้นสูง ได้แก่ ซีรีเบลลัมซึ่งพบได้ในสัตว์เลื้อยคลานและสัตว์ที่วิวัฒนาการมาจากพวกมัน มันมีส่วนร่วมในการเคลื่อนไหวการประสานงานและหน่วยความจำ มันสมองซึ่งเป็นเรื่องธรรมดาสำหรับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทุกชนิดเป็นศูนย์กลางของกระบวนการที่ซับซ้อนมากขึ้นเช่นพวกที่ควบคุมกล้ามเนื้อโดยสมัครใจและความรู้ความเข้าใจ สมองส่วนนี้แบ่งออกเป็นติ่งหูจำนวนมากเช่นด้านหน้าและกลีบข้างขม่อมที่มักจะเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับความรับผิดชอบชุดเล็ก ๆ
กายวิภาคของระบบประสาทส่วนกลางในสัตว์บางชนิดรวมถึงไขสันหลัง การมีหรือไม่มีอวัยวะนี้ในอดีตเป็นวิธีการจำแนกสัตว์แม้ว่าความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการทำให้มันเป็นหนึ่งในคุณสมบัติไม่กี่อย่างที่ช่วยให้สัตว์อยู่ในกลุ่มที่เรียกว่าไฟลา ในสัตว์ที่มีความสมมาตรด้านข้างเช่นมนุษย์ปลาและสัตว์เลื้อยคลานเส้นประสาทไขสันหลังจะไหลลงมาตามความยาวของร่างกายสัตว์ตามแนวกึ่งกลางด้านหลังของสัตว์ แม้ว่าไขสันหลังจะประกอบด้วยเครือข่ายของเซลล์ประสาทเช่นสมองมันทำหน้าที่เหมือนสถานีถ่ายทอดระหว่างอุปกรณ์ต่อพ่วงและระบบประสาทส่วนกลางมากขึ้นและมีการควบคุมโดยตรงของระบบกุญแจเพียงไม่กี่
เซลล์ประสาทเป็นหน่วยการสร้างของกายวิภาคของระบบประสาทส่วนกลาง เซลล์เหล่านี้แตกต่างจากเซลล์สัตว์อื่น ๆ ทั้งในโครงสร้างและในการใช้งาน เช่นเดียวกับเซลล์อื่น ๆ พวกเขามี organelles และกรด deoxyribonucleic อยู่ข้างใน แต่ไม่เหมือนกับเซลล์อื่น ๆ พวกเขาขาดความสามารถในการซ่อมแซมตัวเองหากเกิดความเสียหาย เซลล์ประสาทมีสองปลายซึ่งเป็นเซลล์ของร่างกายที่มี dendrites หลายแขนงแยกออกจากมันเพื่อรับข้อมูลจากเซลล์อื่นและปลายขั้วที่มีซอนที่ส่งข้อมูลไปยังเซลล์ประสาทอื่น ข้อมูลที่ส่งผ่านเซลล์ประสาทนั้นอยู่ในรูปของสัญญาณทางเคมีและไฟฟ้า
